藍(lán)牙嵌入在大多數(shù)手機(jī)和無(wú)數(shù)消費(fèi)電子設(shè)備中，主要用于音頻流和數(shù)據(jù)傳輸。這種無(wú)線技術(shù)還廣泛用于接近感應(yīng)，接近感應(yīng)使用從接收信號(hào)強(qiáng)度指示器 (RSSI) 測(cè)量得出的距離估值。

然而，RSSI 方法僅提供粗略的距離估值，因?yàn)榫仁艿皆S多因素的限制，例如環(huán)境障礙物導(dǎo)致的信號(hào)衰減、發(fā)射器功率和接收器校準(zhǔn)。此外，由于接收器無(wú)法告知傳入信號(hào)的方向，因此設(shè)備的方向也是未知的；只能檢測(cè)到被跟蹤設(shè)備位于接收器周圍的一個(gè)圓形區(qū)域內(nèi)。雖然 RSSI 方法在市場(chǎng)上被廣泛采用，但由于技術(shù)限制，其用途主要限制于粗略檢測(cè)。

藍(lán)牙 5.1 帶來(lái)新的定位功能

有許多用例需要高精度來(lái)實(shí)現(xiàn)室內(nèi)定位，例如用于資產(chǎn)跟蹤的實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)或室內(nèi)定位系統(tǒng) (IPS)，因此藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟 (SIG) 在藍(lán)牙 5.1 核心規(guī)范中引入了定向增強(qiáng)功能。

與前幾代技術(shù)相比，藍(lán)牙 5.1 功能極大提高了定位精度，而且具有新的定向增強(qiáng)功能，可以確定到達(dá)角 (AoA) 或離開角 (AoD) 信息。根據(jù)實(shí)現(xiàn)方式和環(huán)境細(xì)節(jié)，藍(lán)牙 5.1 定向方法可提供亞米級(jí)的精度。如此高的定位精度讓無(wú)數(shù)新用例成為可能，包括醫(yī)療或工業(yè)環(huán)境中的資產(chǎn)或人員跟蹤、公共或私人場(chǎng)所的尋路、智能零售或者個(gè)人物品尋找。

現(xiàn)在來(lái)深入了解定向增強(qiáng)功能的工作原理。

到達(dá)角 (AoA)

到達(dá)角 (AoA) 設(shè)計(jì)用于資產(chǎn)跟蹤等應(yīng)用，其中移動(dòng)發(fā)射器使用單根天線發(fā)送藍(lán)牙 5.1 定向信號(hào)。利用此方法，固定接收器（配有包含最少 2 根天線的天線陣列）使用接收信號(hào)的角度來(lái)確定發(fā)射器的方向。角度的確定基于接收器的天線陣列檢測(cè)到的接收信號(hào)的相位差。

離開角 (AoD)

離開角 (AoA) 設(shè)計(jì)用于室內(nèi)導(dǎo)航尋路等應(yīng)用，例如，購(gòu)物中心中的人想要定位商店。借助 AoD，移動(dòng)接收器使用單根天線接收藍(lán)牙 5.1 定向信號(hào)。信號(hào)由固定發(fā)射器發(fā)射，此發(fā)射器通過(guò)至少由 2 根天線組成的天線陣列進(jìn)行開關(guān)。接收器使用來(lái)自傳入信號(hào)的相位差確定發(fā)射器的方向。

定頻擴(kuò)展信號(hào) (CTE)

要在藍(lán)牙 5.1 中啟用 AoA 和 AoD 定向，必須測(cè)量接收信號(hào)的信號(hào)相位。為此，藍(lán)牙 5.1 包含了一個(gè)恒定音調(diào)擴(kuò)展 (CTE) 字段，該字段是位于數(shù)據(jù)包末尾的一個(gè)位序列，持續(xù)時(shí)間在 16 微秒到 160 微秒之間。只有以 1 Mbps 的速率（強(qiáng)制速率，也可選擇 2 Mbps）運(yùn)行的藍(lán)牙 LE 支持 CTE。CTE 字段包含一系列經(jīng)過(guò)調(diào)制的 1 位，必須使用恒定波長(zhǎng)以一種頻率發(fā)射，以便測(cè)量接收信號(hào)的相位。因此，信號(hào)不受白化的影響，白化是一種對(duì)信號(hào)進(jìn)行加擾以確保不會(huì)出現(xiàn)長(zhǎng)串 1 或 0 的過(guò)程。

測(cè)試藍(lán)牙 5.1 CTE

藍(lán)牙 SIG 更新了藍(lán)牙 PHY 測(cè)試規(guī)范，其中包含對(duì)這些全新定向功能的驗(yàn)證。為 AoA 和 AoD 方法的發(fā)射器和接收器測(cè)試增加了新的測(cè)試用例，所支持藍(lán)牙數(shù)據(jù)速率（1 Mbps 和 2 Mbps）的各種組合，以及標(biāo)準(zhǔn)中支持的 1 微秒及 2 微秒開關(guān)和采樣時(shí)間。

總體而言，PHY 測(cè)試中增加了 23 個(gè)全新測(cè)試用例，可涵蓋 AoA 和 AoD。這些測(cè)試未采用跳躍模式，而是在單個(gè)頻率/信道上執(zhí)行。下表總結(jié)了測(cè)試套件文檔中的測(cè)試用例和相應(yīng)的部分：

CTE 是藍(lán)牙的新概念，測(cè)試用例旨在確保它可由發(fā)射器正確生成。在接收器端，測(cè)試驗(yàn)證接收 CTE 的 IQ 測(cè)量值是否可用于準(zhǔn)確推導(dǎo)出信號(hào)的相位。

具有定向功能的藍(lán)牙 5.1 設(shè)備仍然只需要一個(gè)收發(fā)器，但 AoA 接收器和 AoD 發(fā)射器需要多個(gè)天線才能測(cè)量相位差。由 2 個(gè)或更多天線組成的天線陣列由一個(gè)開關(guān)控制。

相位測(cè)量的準(zhǔn)確度很大程度上取決于天線陣列的開關(guān)和采樣時(shí)間以及開關(guān)和采樣序列。

測(cè)試旨在確保來(lái)自被測(cè)設(shè)備 (DUT) 的 I/Q 采樣產(chǎn)生準(zhǔn)確的相位測(cè)量結(jié)果，而測(cè)試儀則執(zhí)行測(cè)試信號(hào)生成以及 DUT I/Q 采樣的提取和分析。測(cè)試儀驗(yàn)證從 I/Q 數(shù)據(jù)采樣得出的測(cè)量相對(duì)相位值是否在規(guī)范限制內(nèi)。此外，動(dòng)態(tài)范圍測(cè)試通過(guò)改變不同天線上發(fā)射的信號(hào)大小來(lái)驗(yàn)證接收器的動(dòng)態(tài)范圍能力。

結(jié)語(yǔ)：

藍(lán)牙 5.1 中的 AoA 和 AoD 定向增強(qiáng)功能可以極大提高資產(chǎn)跟蹤或?qū)ぢ返雀鞣N用例的定位精度。AoA 發(fā)射器和接收器功能以及 AoD 發(fā)射器和接收器功能的驗(yàn)證測(cè)試對(duì)于確保成功至關(guān)重要。

注：

中文原作刊登于：https://www.ednchina.com/news/m8191.html

英語(yǔ)原文刊登于：https://www.everythingrf.com/community/bluetooth-low-energy-5-1-angle-of-arrival-and-angle-of-departure-test-considerations

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原文標(biāo)題：藍(lán)牙低功耗 5.1 - 到達(dá)角和離開角的測(cè)試條件

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